Hvad er kendetegnene for fejlmechanismer og forebyggende foranstaltninger for strømkondensatorer

1 Fejlmechanismer i effektkondensatorer

En effektkondensator består primært af en beholder, kondensatorkerne, isolerende medium og terminalstruktur. Beholderen er typisk lavet af tynd stål eller rustfrit stål, med busser som er svaret til låget. Kondensatorkerne er vindet fra polypropylenfilm og aluminiumsfolie (elektroder), og indersiden af beholderen er fyldt med flydende dielektrikum for isolation og varmeafgivelse.

Som et fuldt forseglet enhed, inkluderer de almindelige fejltyper for effektkondensatorer:

• Brydning af interne kondensatorelementer;

• Sikring springer;

• Interne kortslutningsfejl;

• Eksterne udladningsfejl.

Interne fejl er mere destruktive for kondensatorlegemet, og når de opstår, kan de generelt ikke repareres på stedet, hvilket betydeligt påvirker udrustningseffektiviteten.

1.1 Brydning af interne kondensatorelementer

Brydning af kondensatorelementer skyldes hovedsageligt faktorer som dielektrisk aldring, fugtindtrængen, produktionsfejl og hårde driftsbetingelser. Hvis elementet mangler en intern sikring, vil en enkelt elementbrydning skabe kortslutning mellem parallelle forbundne elementer, der fjerner dem fra spændingsfordeling. Dette øger driftsspændingen over de resterende serieforbundne elementer. Uden tidsbegrænset fejlsplittelse, dette udgør alvorlige sikkerhedsrisici og kan føre til katastrofale fejl.Brugen af interne sikringer gør det muligt at effektivt og hurtigt isolere defekte elementer, hvilket forbedrer driftssikkerheden.

Kondensatorbrydning kan inddeles i tre typer: elektrisk brydning, termisk brydning og partielle udladningsbrydninger.

• Elektrisk brydning: Forårsaget af overspænding eller harmoniske, der fører til ekstremt høje elektriske feltstyrker over dielektrikum, der resulterer i isolationsfejl ved defekte punkter. Det kendetegnes ved kort varighed og høj feltintensitet. Brydningsstyrke har tæt forhold til feltenhed, men er mindre følsom overfor temperatur og spændingsvarighed.

• Termisk brydning: Opstår, når varmeproduktion overstiger varmeafgivelsen, hvilket fører til kontinuerlig temperaturstigning i dielektrikum, der fører til materialedegradering og til sidst isolationsfejl. Dette sker typisk under stabil drift, med relativt lavere brydningsvoltage og længere spændingsanvendelse sammenlignet med elektrisk brydning.

• Partielle udladningsbrydninger: Resultat af lokale høje elektriske felter i dielektrikum, der overstiger brydningsstyrken af lav-permittivitetsområder som væsker, gasser eller forureninger. Dette initierer partielle udladninger, der gradvist degraderer isolationsydelsen, og endelig udvikler sig til en komplet igennem-elektrod-brydning. Processen er progressiv, udvikler sig fra ikke-gennemtreffende udladninger til fuld isolationsfejl.

1.2 Sikring springer

Sikringbeskyttelse er en af de mest almindelige beskyttelsesforanstaltninger for effektkondensatorer og spiller en vital rolle i sikker og stabil drift af kompensationsanlæg. Den inddeles i ekstern og intern sikringbeskyttelse.

• Ekstern sikringbeskyttelse: Når et internt kondensatorelement mislykkes, øges fejlstrømmen gennem kondensatoren og den eksterne sikring. Når strømmen når sikringens angivne smeltetrærskel, opvarmes sikringen, bryder varmetilstanden og smelter, hvilket afbryder den defekte kondensator for at forhindre fejludvikling.

• Intern sikringbeskyttelse: Ved elementmislykkelse udlader parallelle elementer i det defekte element, hvilket genererer en højt-amplitudet, hurtigt aftagende midlertidig strøm. Energi fra denne strøm smelter den serieforbundne interne sikring, isolerer det defekte element og tillader, at resten af kondensatoren fortsætter med at fungere.

I praksis kan forkert valg af sikring eller dårlig terminalkontakt forårsage abnormale sikringsprang under normal drift, der ved fejl fjerner sunde kondensatorer og reducerer reaktiv effektudbytte.

Hvis interne sikringer er forkert dimensionerede og ikke isolerer fejl hurtigt, kan fejlen forværres, potentielt førende til kondensatoreksplodering eller brand.

1.3 Interne kortslutningsfejl

Interne kortslutningsfejl i effektkondensatorer inkluderer primært live elektrode til beholder kortslutninger og interelektrode kortslutninger. Disse er primært forårsaget af langvarig dielektrisk aldring, intern fugtindtrængen, overspændingsspanning eller inbyggede isolationsdefekter fra design eller produktion, der alle kan føre til boretype isolationsbrydning og interne kortslutninger.

1.4 Eksterne udladningsfejl

Eksterne udladningsfejl refererer til fejl, der opstår uden for kondensatorlegemet, forårsaget af eksterne faktorer som bussoverflade flashover, busspunktering, fase-fase eller fase-jord kortslutninger, eller sprækker i porcelænsbusser på grund af mekanisk stress. Disse fejl har forskellige årsager, men forekommer i den eksterne kredsløb. De kan generelt blive registreret og dæmpet i tide gennem relæbeskyttelseshandlinger, rutineinspektioner eller offline test. Deres forekomst sandsynlighed og alvorlighed er lavere end interne fejl, dog kræver de stadig tilstrækkelig opmærksomhed.

2 Almindelige fejlkarakteristika og årsager for effektkondensatorer
2.1 Olieudlækning fra kondensatorlegeme

Som et fuldt forseglet, højt feltstyrke, højstrøm enhed, olieudlækning i en effektkondensator reducerer ikke kun isolationsniveauet pga. nedgang i oliestandard, men tillader også fugtindtrængen pga. nedgang i indre tryk. Dette fører til isolationsfugt, reduceret isolationsmodstand, og endelig interne elementbrydninger eller endda eksplotering.

Hovedårsager til olieudlækning inkluderer: dårlig svare der fører til utilstrækkelig forsegling; aldring eller ulige fordelt tætpakninger; mekanisk skade under transport eller installation; utilstrækkelig vedligeholdelse, der fører til korrosion af beholderen; og mekanisk stress, der skader busseforseglingen.

2.2 Kondensatorbeholder deformation

Under normale driftsbetingelser er mindre udvidelse eller kontraktion af kondensatorbeholderen pga. temperatur- og spændingsvariationer acceptabel. Dog, når det indre elektriske felt er for stort, forårsager det partielle udladninger eller kortslutninger, hvorved dielektrikum nedbrydes og producerer store mængder gas. Dette øger det indre tryk i den forsegrede kammer, hvilket fører til beholderudvidelse eller deformation.

Når alvorlig deformation opstår, kan det normalt ikke repareres på stedet, og erstatning er nødvendig. Beholderdeformation forværrer ikke kun indre isolationsforringelse, men kan også skade den elektriske struktur, ændre oprindelige isolationsafstande. I alvorlige tilfælde kan det føre til bussebrud (se Fig. 1), potentielt førende til eksplotering eller brand.

Beholderdeformation skyldes hovedsageligt produktkvalitetsproblemer, som: dårlig elektrode- eller dielektrisk materialekvalitet; brug af ikke-gasabsorberende isolerende olie; understandard produktionmiljø eller processer; resterende urenheder under produktion; overdreven jagen efter specifikke ydeevneparametre; eller beholdermateriale, der er for tyndt.

2.3 Abnormal temperaturstigning i kondensatorer

En abnormal temperaturstigning i effektkondensatorer fører til for høj legemstemperatur, der accelererer termisk aldring af det interne dielektrikum, reducerer dens isolationsstyrke, og kan endda udløse partielle udladninger. Servicelevetiden for effektkondensatorer følger generelt "8°C reglen": for hver 8°C stigning over den tilladte driftstemperatur, halveres den forventede levetid ca.

Abnormal temperaturstigning skyldes hovedsageligt dårlig ventilation eller langvarig overstrøm. Eksempler herpå inkluderer: urimelig rumlayout i kondensatorrummet eller urimelig placering af ventilationsudstyr, der fører til utilstrækkelig varmeafgivelse; øget varmeproduktion pga. overspændingsdrift, der fører til overstrøm; og harmoniske strømme, der genereres af rettifieringsenheder, der også bidrager til kondensatoroverophedning. Desuden kan dielektrisk aldring, fugtindtrængen eller interne komponentfejl øge effektfortab, hvilket forværrer temperaturstigningen.

2.4 Overflade flashover udladning på kondensatorbusser

Komponenter i effektkondensatorinstallationer er typisk arrangeret kompakt. Under drift er omgivelserne karakteriseret ved høj temperatur og elektrisk feltstyrke, der gør det nemt for luftbårne ladete partikler at blive absorberet. Dette fører til forureningsopbygning på bussoverfladen, der øger overfladelækstrøm. Under kombineret indflydelse af systemharmoniske og spænding, kan lokale overfladebueformationer opstå på busporcelæn. Når forurening opbygger sig til en kritisk niveau, kan det resultere i overflade flashover udladning, ledsaget af abnorm lyd. I alvorlige tilfælde kan dette føre til eksterne fase-jord kortslutninger.

2.5 Abnormal lyd fra kondensatorer

Effektkondensatorer er statiske reaktiv kompensationsenheder uden bevægelige dele eller elektromagnetiske anslagskomponenter. Under normal drift bør de ikke producere hørbare lyde. Hvis abnorm lyd opstår under drift, kan det indikere høje energi partielle udladninger i kondensatoren, og udstyr bør straks afspændes for inspektion.

2.6 Kondensatoreksplotering

Kondensatoreksplotering er en alvorlig fejl med betydelige konsekvenser. Det opstår typisk, når et internt kondensatorelement lider interelektrode eller elektrode til beholder isolationsbrydning, der resulterer i en igennemfejl kortslutning. Andre kondensatorer, der fungerer parallelt, vil derefter hurtigt oplade og udlade i det defekte enhed. Hvis den indsatte energi overstiger beholderens mekaniske styrke, kan kondensatoren eksplodere og ejekte olie, potentielt forårsage brand, truede hele undervognets sikkerhed, og endda føre til personskader eller død.

Et kaskade eksploteringshændelse, der involverer en hel kondensatorbank, vises i figur 2, udløst af interne kondensatorelementbrydning; den detaljerede tilstand af det defekte element illustreres i figur 3.

2.7 Overophedning af kondensatorbankanslutningskontakter

Når de er aktiveret, fungerer effektkondensatorbanker under fuld belastning med høje kredsløbsstrøm. Hvis interne forbindelser viser dårlig kontakt, utilstrækkelig design eller installationsmetoder, eller utilstrækkeligt vedligehold, kan lokal overophedning ved forbindelsespunkter opstå. Langvarig overophedning kan føre til overskridende termisk energiakkumulering, potentielt førende til at forbindelseskable smelter. Overophedningsfejl ved kondensatorbankanslutninger er relativt almindelige; tilstanden af en smeltet forbindelse vises i figur 4.

3 Forebyggende foranstaltninger mod ulykker

3.1 Sikring af kvalitet i udstyrproduktion og installationskommissionering

Den sikre drift af effektkondensatorer afhænger af kvaliteten af udstyrproduktion og installationskommissionering. Under produktion er det vigtigt at strengt følge processtrømninger, bruge godkendte råmaterialer og produktionsudstyr, og forbedre kvalitetsovervågning gennem hele processen. Strenge fabrikstilsyn sikrer produktkvalitet. På stedet installations skal være rimeligt "fasere og grupperede" for at sikre balanceret kapacitance matching mellem faser og sektioner. Desuden skal der lægges vægt på stedet overtagelse og godkendelse efter installation for at garantere installationskvalitet og minimere fejl under drift.

3.2 Forbedring af drifts- og driftsmetoder

• Ved udførelse af strømforsyning og strømafbrydelse for linjebelastninger, skal kondensatorbankerne følge princippet om "afbryd først, derefter tilslut", mens belastningslinjer skal følge rækkefølgen "tilslut først, derefter afbryd." Denne rækkefølge kan ikke vilkårligt ændres.

• Før genoptagelse af kondensatorbankdrift, skal der sikres tilstrækkelig afslapningstid. Frequent switching of capacitor banks should be minimized; only after complete discharge can re-closing occur. If a fault causes protective devices to trip the capacitor bank, it cannot be reconnected before identifying the cause to prevent an accident from escalating.

• For at undgå højere harmoniske, der påvirker kondensatorbankerne, skal passende reaktorfrekvenser vælges baseret på specifikke anvendelsesscenarier. Dette effektivt dæmper højere harmoniske, reducerer startstrøm og overspænding ved tilslutning, og sikrer sikker drift af hele systemet.

3.3 Kontrol af driftsomgivelses temperatur

Driftstemperaturen for kondensatorer har direkte indflydelse på deres ydeevne og levetid. Høje temperaturer accelererer isolationsaldring, formindsker levetiden. Derfor er kontrol af driftsomgivelses temperaturen afgørende. Indendørs installeret kondensatorbanker skal have god ventilation, og hvis nødvendigt, installere automatiske temperaturkontrollsystemer. Udendørs enheder skal undgå direkte sollys og sikre passende ventilation og varmeafgivelse. Udfør regelmæssigt levende infrarød termografi på kondensatorbanker og tilhørende udstyr for at træffe tilstrækkelige foranstaltninger, og sikre, at interne mediumtemperaturer og miljøtemperaturer overholder reglerne.

3.4 Implementering af online overvågning af udstyrs driftsstatus

Installation af online overvågningsenheder på kondensatorbanker faciliterer realtidsovervågning af driftsstatus, hjælper med hurtig fejlregistrering og behandling. Dette inkluderer overvågning af faktisk driftsspænding, partielle udladninger, dielektrisk tab, kapacitance, lækstrøm og andre karakteristiske signaler. Dette hjælper ikke bare med fejldiagnose og -isolering, men giver også analyse af potentielle defekter, der opnår forudsigende fejalarm.

3.5 Forbedring af rutineinspektion af udstyr

Styrkelse af rutineinspektion er afgørende for at sikre normal drift af kondensatorbanker. Fokus skal være på at kontrollere for deformationer i beholderen, olieudlækning, forurening af porcelænsisolatorer, tegn på udladning, elektriske afstande, og miljøtemperature. Auxiliary methods such as infrared thermography can detect overheating at connections, enabling timely maintenance and ensuring safe operation of power capacitor assemblies.

Konklusion

Ved at analysere fejlmechanismer, karakteristika og årsager for effektkondensatorer, foreslår denne artikel forebyggende foranstaltninger fra fem aspekter: udstyr og installationskommissionering kvalitet, drifts- og driftsmetoder, kontrol af driftsomgivelses temperatur, online overvågning af driftsforhold, og rutineinspektioner. Disse anbefalinger giver praktisk vejledning for effektiv anvendelse af effektkondensatorer.